[发明专利]一种炭黑复合粉体材料的生产方法

说明书

技术领域

本发明属于炭黑工业技术领域，更具体的为一种使用炭黑反应炉生产炭黑复合材料的生产工艺。

背景技术

烃类在严格控制的工艺条件下经气相不完全燃烧或热解而成的黑色粉末状物质。其成分主要是元素碳，并含有少量氧、氢和硫等。炭黑粒子近似球形，粒径介于10～500μm间。许多粒子常熔结或聚结成三维键枝状或纤维状聚集体。在橡胶加工中，通过混炼加入橡胶中作补强剂和填料。炭黑是最古老的工业产品之一。早在公元前，中国就用植物油不完全燃烧制取颜料炭黑。1872年，美国首先以天然气为原料用槽法生产炭黑。当时，炭黑也仍主要用作着色剂。1912年S.C.莫特发现炭黑对橡胶的补强作用之后，炭黑工业才迅速发展起来。20世纪20年代，又出现了以天然气为原料的气炉黑和热裂黑，R.D.斯诺于1937年开始研究高效的炭黑生产方法。后来，J.C.克雷奇致力于从液态烃生产炭黑，开发了油炉法工艺。1941年，试产出第一批油炉黑。1943年，世界上第一座工业化规模的油炉黑工厂在美国投产。当今，油炉法是效率最高、经济效益最好的炭黑生产方法。油炉黑的产量已占炭黑总量的70％～90％。

炭黑是传统的工业产品，世界年产量超过1000万吨。全球炭黑约有70％用于轮胎的制造，20％用在其他橡胶，其余不到10％则用于塑料添加剂、染料、印刷油墨等工业。受轮胎行业需求持续增长和建筑业、制造业用炭黑补强工业橡胶制品的推动，2020年全球炭黑市场有望超过250亿美元。2014年中国国内炭黑总产能接近660万吨，市场需求量不到500万吨，产能过剩严重，炭黑企业开工率较低，平均仅为60％左右。较低的开工率和极低的利润率，呈现出明显的产能过剩倾向。迫切需要开发出新的高利润高附加值炭黑新产品。单一的炭黑具有不足的理化性能，通过和无机粉体混合共用，可以得到具有更好综合性能的复合炭黑材料。中国专利“轮胎三角胶用橡胶纳米复合材料及其制备方法”(申请号201210212113.9)，公开了一种使用超声波处理膨胀石墨得到纳米石墨片，然后与炭黑混用在轮胎三角胶里，明显提高了三角胶的硬度和模量，并降低动态生热，提高了轮胎使用寿命。但是加工工艺复杂、流程长。

中国专利“一种双相裂解炭黑/白炭黑复合填料及其制备方法”(申请号201510127909.8)，公开一种双相裂解炭黑/白炭黑复合填料的制备方法，所得的炭黑复合材料相比单一的炭黑N600、炭黑N600/白炭黑复配效果更优异，但是也存在工艺流程长，加工繁琐的问题。

发明内容

本发明的目的在于为了提高单一炭黑材料的性能，生产出炭黑复合粉体材料，需要加工出分散均匀的无机粉体液态浆料，与生成炭黑的烃类原料一起注入炭黑生产装置，生产出混合均匀的炭黑复合粉体材料。

本发明的技术方案是：

一种炭黑复合粉体材料的生产方法，是在炭黑生产装置内高温反应制得，其特征在于：往炭黑生产装置内注入生成炭黑的烃类原料的同时，往炭黑生产装置内注入无机粉体的液态浆料，其中无机粉体的液态浆料是使用超声波设备、球磨机、均质机或高剪切乳化机中的一种加工获得。

本发明中，所述的炭黑复合粉体材料包括炭黑与鳞片石墨、膨胀石墨、可膨胀石墨、石墨烯、纳米石墨片、碳纳米管、白炭黑、或氧化铝中的一种或多种形成的复合材料，还包括炭黑与炭黑、炭黑与氮化铝、炭黑与氮化硼、炭黑与粘土、炭黑与二氧化钛、炭黑与硅酸铝、炭黑与云母片、炭黑与蒙脱石、或炭黑与滑石等形成的复合材料。炭黑复合材料，相比单一的炭黑具有更好的综合性能，可以广泛使用在橡胶、塑料、涂料、电池等领域。例如，炭黑与碳纳米管形成的复合粉体可以显著提高炭黑的导电能力，在塑料、橡胶、涂料中更小的添加量就能达到所需要的导电性，消除静电；例如，炭黑与石墨烯或纳米石墨片形成的复合粉体可以显著提高橡胶制品的导热性和耐磨性，添加到轮胎里可以显著提高轮胎的导热能力和耐磨能力。。